高温塑性变形对2205双相不锈钢组织和性能的影响

   双相不锈钢在高温塑性变形时，由于显微组织中有铁素体、奥氏体两相的存在，变形时两相的变形机制不同，使得试样在发生高温塑性变形时容易产生裂纹而报废。浙江至德钢业有限公司主要从双相不锈钢变形温度、变形量、保温时间等工艺参数的变化展开研究，分析变形后室温下材料的材料力学性能和金相组织，以及用扫描电镜及能谱仪分析各相的化学成分，用XRD分析相的组成，从而间接的反应高温塑性变形对双相不锈钢的组织和性能的影响。通过这些研究结论而得到的参数和规律，以便为实际生产提供可靠的理论依据。

一、 高温塑性变形工艺的确定

 双相不锈钢高温塑性变形工艺流程为：锯床下料→加热→保温→镦饼成型→冷却。

  1. 选择φ75mm的双相不锈钢钢棒SAF2205下料，在锯床上锯为φ75mm×50mm的试样，加热前必须检查材料的表面，若存在可见的裂缝、折叠、夹杂等缺陷，必须用剥去外皮或其他铲除方法清除干净才允许进炉加热；

  2. 将试样在箱式电阻炉中三段式加热，从室温到300℃缓慢加热，300℃~1000℃快速加热，1000℃到变形温度缓慢加热，避开不锈钢的敏化温度区间；

  3. 锻打采取先以较小变形量进行轻打，待塑性提高后重击原则。变形时毛坯应围绕其轴心线不断转动使均匀变形。锻打过程要勤卡勤量并用测温枪严格掌握控制好变形温度在规定的范围内，变形示意图如图所示；

  4. 试样变形后采用水冷，抑制在冷却过程中出现脆性相，避免其影响试样的力学性能；

  5. 将试样用超声波检测仪进行检测。

二、塑性变形温度对SAF2205双相不锈钢的组织和性能的影响

 分别将试样加热到1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃，保温2小时，控制变形量为30%左右，用公司现有的560kg空气锤进行塑性变形，变形结束后水冷，在变形过程中要勤量试样的尺寸，达到30%的变形量需要连续锻打2道次，各道次的变形量及总变形量如表所示。在高温塑性变形中，各道次变形量的控制很难非常准确，一般都存在一定的偏差，尤其是变形量比较大时，出现的偏差也较大，因此，本文以实测的变形量为准。图为560kg空气锤经过不同的变形温度2道次锻打的试样，由图可以看出，变形温度为1050℃、1100℃、1150℃锻打时，试样出现纵向裂纹，出现裂纹的原因可能为塑性变形温度过低，变形抗力较大。进一步增加变形温度，当变形温度为1200℃、1250℃进行塑性变形时依然出现纵向裂纹，但是裂纹比图所示，这一现象解释为提高变形温度能够降低变形抗力，有利于进行塑性变形。

   由公式可以得出，在应变速率相同的条件下，即ε 不变时，变形抗力σｐ随温度Ｔ的升高而下降，即当变形温度升高时，塑性变形比较容易。然而在1200℃、1250℃进行塑性变形时出现微小纵向裂纹的原因是在变形速率不变的情况下，可能是第一道次变形量过大造成的。调整变形方案，将空气锤由560kg降为200kg后，再锻打，当变形温度为1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃时，保温2h，控制总变形量为30%左右需要连续锻打4道次，每道次的变形量及总变形量如表所示，锻后水冷。如图所示，变形温度为1200℃、1250℃的试样基本上未出现开裂现象，然而其他变形温度的试样均有纵向裂纹出现，说明降低变形量有助于双相不锈钢高温塑性变形。所以，双相不锈钢在高温塑性变形过程中当变形速率不变时，应该严格控制好变形温度和变形量。在经过4道次的变形后，尽管每道次的变形量较小，但是在1050℃、1100℃、1150℃还是出现了纵向裂纹，说明即使经过较小的变形量，在1050℃、1100℃、1150℃的温度下也是不适合进行塑性变形的，即双相不锈钢变形温度区间较窄，在变形过程中必须严格控制。 

   在双相不锈钢中，由于双相不锈钢中铁素体相和奥氏体相的结构不同，铁素体为体心立方结构，奥氏体为面心立方结构，高温时两相的变形机制也有差异，铁素体变形时的软化过程是靠应变时的动态回复，相反，奥氏体不锈钢的主要的软化过程是当应变高于某个临界值时的动态再结晶。由于两相的软化过程不同，热加工时铁素体δ-奥氏体γ两相钢中不均匀的应力和应变分布就容易导致在相界的裂纹成核和扩展。因为铁素体相的软化过程先于奥氏体相，那么两相钢的热塑性取决于奥氏体相的软化能力。对于硬相γ和软相δ并存的双相材料，应变倾向集中于软相中，但是足以诱生再结晶的应变转移至奥氏体相中。高温时，铁素体相较软，奥氏体相较硬，在变形过程中应变主要集中在铁素体中，这样在两相之间就会产生变形的不协调，所以很容易在相界产生微裂纹，最终导致在塑性变形过程中裂纹的出现。上述结果表明，在高温塑性变形过程中，当变形速率一定时，升高变形温度和降低第一道次变形量均有助于高温塑性变形的发生。根据双相不锈钢在1000℃以下加热保温时，双相不锈钢会析出脆性相，如σ相、χ相、Cr2N、M23C6，以及出现475脆性等等，如果在1000℃以下进行塑性变形，不仅会造成试样开裂，而且还会析出脆性相影响试样的性能，所以变形温度必须控制在1000℃以上。